JP4296028B2

JP4296028B2 - デジタルカメラ

Info

Publication number: JP4296028B2
Application number: JP2003126272A
Authority: JP
Inventors: 幸博河田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-05-01
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: JP2004336184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の受光素子が２次元的に配列された受光面を有しその受光面に画像を表わす光の照射を受けて画像信号を生成する固体撮像素子、およびその固体撮像素子を備えたデジタルカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラには固体撮像素子が配備されており、この固体撮像素子は複数の受光素子が２次元的に配列された受光面を有しその受光面に画像を表わす光の照射を受けて画像信号を生成する。
【０００３】
図１は従来の固体撮像素子内の受光素子の２次元的な配列を示す図である。
【０００４】
図１に示すように、２次元的に多数の受光素子１０が配列されており、ここではその中の６つの受光素子１００を一画素分にそれぞれ対応させている。
【０００５】
その一画素分に対応する６つの受光素子１００の構成を示して以下説明する。
【０００６】
図２はいままでの一画素分に対応する６つの受光素子１００の構成を示す図である。
【０００７】
図２に示すように、６つの受光素子１００のうち、２つずつを１組にして、端から順にＲ、Ｇ、Ｂフィルタ１０１，１０２，１０３がそれぞれ配置されている。その１組を構成する受光素子のうち、一方の受光素子を副画素１０ａとして以降記載し、他方の受光素子を主画素１０ｂとして以降記載する。
【０００８】
図２の固体撮像素子では、高感度撮影を行なう場合には、副画素１０ａと主画素１０ｂとを混合することにより高感度の画像信号を得ている。また、低感度撮影を行なう場合には、副画素１０ａを使用せず、主画素１０ｂのみを使用して画像信号を得ている。
【０００９】
なお、図２に示すように高解像度用に設けられた副画素の方の受光素子それぞれは、高感度のときのみ使用されるので受光面積が小さい。
【００１０】
また、２次元的に配列された受光面内で各受光素子の受光領域を低感度用の受光領域と高感度用の受光領域に分割し、結果として１つの受光素子内に２つの受光素子を配置させたと同様の作用を持つ構成も知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１１】
この特許文献１のものでは、高感度の受光領域それぞれから飽和レベルで画像信号が出力されたときに発生する恐れのある固定パターンノイズの除去も行なえる。
【００１２】
図１に示すもの、特許文献１ものいずれの固体撮像素子においても垂直解像度は半分になってしまうものの、２つの受光素子からの出力信号を混合することで感度を向上させ、それら感度を向上させた一画素分の画像信号を複数生成することにより鮮明な画像を得ている。
【００１３】
しかし、特許文献１、図１のもので、一画素分のカラーの画像信号を得ようとすると、少なくとも３つの受光素子に色フィルタを配置して、Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を得なければならず、どうしても水平解像度が１／３以下に低下してしまう。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−２０５５８９号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、複数の受光素子から一画素分のカラーの画像信号を得るときに解像度を低下させずに済む固体撮像素子並びにその固体撮像素子を備えたデジタルカメラを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のカメラは、複数の受光素子が２次元的に配列された受光面を有しその受光面に画像を表わす光の照射を受けて画像信号を生成する固体撮像素子において、
光の３原色にそれぞれ感応する複数の色信号用受光素子と、
その複数の色信号用受光素子に隣接して配置された複数の輝度信号用受光素子とからなる一画素分の受光素子が２次元的に複数配列されてなることを特徴とする。
【００１７】
上記本発明の固体撮像素子によれば、上記一画素分の受光素子で色信号と輝度信号とをそれぞれ得て、複数の輝度信号用受光素子数分の解像度を持つ輝度信号を一画素分の色信号に反映させ、高解像度の画像信号を得ることができる。したがって、一画素分の画像信号を得るときに解像度を低下させずに済み、逆に解像度を高めることができる。また、カラーの画像信号を得るための一画素分の受光素子を２次元的に複数配列することで高解像度の受光面を持つ固体撮像素子が実現される。
【００１８】
ここで、上記一画素分の受光素子が、光の３原色にそれぞれ感応する３つの色信号用受光素子と、これら３つの色信号用受光素子それぞれに１つずつ対応して備えられた、その色信号用受光素子よりも面積の小さな３つの輝度信号用受光素子とからなることが好ましい。
【００１９】
そうすると、３つの色信号用受光素子それぞれにより光の３原色であるＲ、Ｇ、Ｂ信号を得てそれらの信号で一画素分の色信号を得るとともに、それら３つの色信号用受光素子それぞれに１つずつ対応して備えられた３つの輝度信号用受光素子で３倍の解像度を持つ輝度信号を得ることができる。その結果、３倍の解像度を持つ輝度信号を、上記一画素分の色信号に反映させ、３倍の解像度を持つ画像信号を得ることができる。
【００２０】
また、いままでどおり、輝度信号用受光素子の面積が小さいことを利用して、２次元的に配列される受光素子の密度を変えずに、解像度を向上させた固体撮像素子を実現することができる。
【００２１】
上記本発明のデジタルカメラは、複数の受光素子が２次元的に配列された受光面を有しその受光面に画像を表わす光の照射を受けて画像信号を生成する固体撮像素子を備え、その固体撮像素子の受光面上に被写体像を結像してその被写体像を表わす画像信号を生成するデジタルカメラにおいて、
上記固体撮像素子が、光の３原色にそれぞれ感応する複数の色信号用受光素子と、その複数の色信号用受光素子に隣接して配置された複数の輝度信号用受光素子とからなる一画素分の受光素子が２次元的に複数配列されてなることを特徴とする。
【００２２】
上記本発明のデジタルカメラによれば、上記固体撮像素子により高解像度の画像を得ることによって高精細な画像データを得ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図３は本実施形態である固体撮像素子の構成を示す図である。
【００２４】
本実施形態の固体撮像素子１ａでは、それら副画素１０ａに配置されていたＲ、Ｇ、Ｂフィルタ１０１，１０２，１０３を外し、モノクロフィルタ１００１を配置して、これら３つの副画素１０ａを輝度信号用受光素子として作用させている。
【００２５】
図４は本実施形態の固体撮像素子１ａの１画素分の受光素子の構成を示す図である。
【００２６】
図４に示すように、６つの受光素子で一画素分の色信号を得ることに変わりはないが、３つの主画素１０ｂごとに、Ｒ、Ｇ，Ｂフィルタをそれぞれ配置し、光の３原色にそれぞれ感応させ、色信号を得て、３つの副画素１０ａにモノクロフィルタ１００１を配置し、３倍の解像度を持つ輝度信号を得ている。それらの信号で１画素分の画像信号を得て、１画素分の画像信号の水平解像度を３倍にしている。
【００２７】
このＲ、Ｇ，Ｂフィルタが配置されている３つの主画素１０ｂが本発明にいう色信号用受光素子に当たり、またこれら３つの色信号用受光素子それぞれに１つずつ対応して備えられた、その色信号用受光素子よりも面積の小さな３つの副画素１０ａが本発明にいう輝度信号用受光素子に当たる。
【００２８】
このように今までの主画素１０ｂと副画素１０ａの配列を利用して、固体撮像素子全体の大きさを変えずに、一画素分の受光素子に当たる６つの受光素子のうち、副画素１、副画素２、副画素３の３つの副画素を輝度用受光素子１０ｂとして作用させ、３倍の水平解像度を持つ輝度信号を得て、３つの主画素を色信号用受光素子１０ｂ（主画素）としていままでどおり作用させ、輝度信号と色信号とからなる一画素分の画像信号に３倍の水平解像度を持たせている。
【００２９】
この３倍の水平解像度を持つ一画素分の画像信号を生成する受光素子１００ａを２次元的に配列すると、いままでと同じ大きさの固体撮像素子で水平解像度３倍の画像信号を生成することができる。
【００３０】
図５、図６は本実施形態である固体撮像素子の一画素分の受光素子１００ｂの２次元的な配列の別の例をそれぞれ示す図である。
【００３１】
図３に示す６つの受光素子からなる一画素分の受光素子の配列は任意であり、図４に示すように縦３つ、横２つを一画素分の受光素子１００ｂとしてその受光素子を２次元的に配列し、３倍の垂直解像度を持つ固体撮像素子１ｂにしても良く、また図５に示すように横３つ×縦２つを一画素分の受光素子１００ａとするものと、縦２つ×横３つを一画素分の受光素子１００ｂとするものとを水平方向、垂直方向に混在させ、水平解像度、垂直解像度ともに向上させた固体撮像素子１ｃにしても良い。
【００３２】
図７は図３の固体撮像素子１ａを適用したデジタルカメラ１０００の外観を示す図である。
【００３３】
図７に示すようにカメラボディ１０００ａの中央に撮影レンズ１００１を備えており、その上方にファインダ１００２を備えている。その撮影レンズ１００１で被写体光をこのカメラボディ内部に配備された本発明の固体撮像素子１に結像させている。カメラボディ上面には、レリーズ釦１００３と撮影モード切替スイッチ１００４が備えられている。この撮影モード切替スイッチ１００４が撮影側に切り替えられ、レリーズ釦１００３が操作されると、そのレリーズ釦１００３が操作されたときに撮影レンズ１００１でカメラボディ内部にある固体撮像素子１に結像させた被写体像を表わす画像信号がカメラボディ内部にある後段の信号処理へと出力される。
【００３４】
ここでカメラボディ内部にある信号処理部の構成を図８に示し説明する。
【００３５】
図８は信号処理部１５００の構成を示す図である。
【００３６】
撮影レンズ１００１で固体撮像素子１に結像させた被写体像を表わす画像信号がレリーズ操作に応じて後段の信号処理部１５００へと出力される。この出力された画像信号は、主画素１０ｂで得られた色信号（ＲＧＢ信号）と副画素１０ａで得られた輝度信号とからなるものであり、それらが後段の信号処理部１５００へと出力される。
【００３７】
この色信号の方には輝度信号が含まれており、後段のＹ／Ｃ分離部で輝度信号であるＹ信号とクロマ信号であるＣ信号とに分離される。
【００３８】
以降の説明においては、主画素で得られた色信号を主画素信号と記載し、副画素で得られた輝度信号を副画素信号として記載する。
【００３９】
信号処理部１５００に供給された主画素信号および副画素信号それぞれは、まず画像信号処理部１５０１に供給され、この画像信号処理部１５０１で主画素信号と副画素信号とに分離される。そして主画素信号が主画素信号処理部１５０２に、副画素信号が副画素信号処理部１５０４にそれぞれ供給される。
【００４０】
主画素信号処理部１５０２では、主画素信号からノイズ除去などの処理を行なってそのノイズを除去した主画素信号を後段のＹ／Ｃ分離部１５０３に出力する。その出力された主画素信号がＹ／Ｃ分離部１５０３によりＹ信号とＣ信号とに分離され、Ｙ／Ｃ分離部１５０３からＹ信号、Ｃ信号がそれぞれ出力される。
【００４１】
また、副画素信号処理部１５０４では副画素信号の処理が行なわれる。副画素信号はモノクロ信号であり、高解像度の輝度信号になっている。副画素信号処理部１５０４でもノイズなどの除去を行なってノイズを除去した副画素信号を後段のハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦという）１５０５に出力する。この副画素信号は、高解像度言い換えれば高い空間周波数を持つ輝度信号になっているので、ハイパスフィルタ１５０５を通すことにより、前段で除去し切れなかった低周波のノイズ成分を除去し、高周波数の輝度信号のみを後段の加算回路１５０６へと供給するようにしている。この加算回路１５０５にはＹ／Ｃ分離部１５０３で分離されたＹ信号も供給されており、色信号内の輝度信号であるＹ信号に、高周波数のモノクロ側の輝度信号が加算される。こうすると、高い空間周波数の輝度信号がＹ信号に足し合わされ、高い空間周波数のＹ信号が得られる。図示はしていないが、この後のＹＣ処理部で、Ｃ信号と高い空間周波数のＹ信号とを合成すると、高い解像度を持つＹＣ信号が得られる。このＹＣ信号が画像データとして記録媒体などに記録される。
【００４２】
ここでは加算処理を行なって３倍の解像度の輝度信号を得ているが、特に加算処理を行なわなくてもＹＣ処理部にその３倍の解像度を持つ高い空間周波数の輝度信号を供給し、Ｙ／Ｃ分離部で得られたＹ信号を使用せずにＣ信号とその高い空間周波数の輝度信号とを合成して高解像度のＹＣ信号を得ても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、解像度を向上させた固体撮像素子並びにその固体撮像素子を備えたデジタルカメラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体撮像素子の受光素子の配列を示す概念図である。
【図２】図１の中の一画素分の受光素子の構成を示す図である。
【図３】本実施形態である固体撮像素子の一画素部の受光素子の２次元的な配列を示す図である。
【図４】図３の中の一画素分の受光素子の構成を示す図である。
【図５】本実施形態である固体撮像素子の一画素部の受光素子のもう１つの２次元的な配列を示す図である。
【図６】本実施形態である固体撮像素子の一画素部の受光素子の別の２次元的な配列を示す図である。
【図７】本実施形態の固体撮像素子を適用したデジタルカメラの外観を示す図である。
【図８】図７のデジタルカメラ内部に配備された信号処理部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１固体撮像素子
１ａ〜１ｃ本発明の固体撮像素子
１０受光素子
１０ａ副画素
１０ｂ主画素
１００一画素分の受光素子
１０１Ｒフィルタ
１０２Ｇフィルタ
１０３Ｂフィルタ
１００ａ１００ｂ本発明の一画素分の受光素子
１０１１モノクロフィルタ
１０１ａＲフィルタ
１０２ｂＧフィルタ
１０３ｃＢフィルタ
１０００デジタルカメラ
１０００ａカメラボディ
１００１撮影レンズ
１００２ファインダ
１００３レリーズ釦
１００４モード切替スイッチ
１５００信号処理部
１５０１画像信号処理部
１５０２主画素信号処理部
１５０３Ｙ／Ｃ分離部
１５０４副画素信号処理部
１５０５ハイパスフィルタ
１５０６加算回路

Claims

複数の受光素子が２次元的に配列された受光面を有し該受光面に画像を表わす光の照射を受けて画像信号を生成する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子で得られた画像信号を処理する信号処理部とを備え、
前記固体撮像素子の受光面上に被写体像を結像して該被写体像を表わす画像信号を生成するデジタルカメラにおいて、
前記固体撮像素子が、
光の３原色にそれぞれ感応する、各原色それぞれについて分散配置された複数の色信号用受光素子と、
前記複数の色信号用受光素子に隣接し該複数の色信号受光素子それぞれに１つずつ対応して備えられた複数の輝度信号用受光素子とを有し、
前記信号処理部が、
前記複数の色信号用受光素子で得られた信号を第１の輝度信号とクロマ信号とに分離するＹ／Ｃ分離部と、
前記複数の輝度信号用受光素子で得られた信号に基づいて、前記第１の輝度信号よりも高い解像度の第２の輝度信号を生成する高解像度輝度信号生成部とを備えたことを特徴とするデジタルカメラ。
前記高解像度輝度信号生成部は、前記第２の輝度信号を生成するとともに、さらに該第２の輝度信号を前記第１の輝度信号に足し合わせることにより第３の輝度信号を生成するものであることを特徴とする請求項１記載のデジタルカメラ。